CN101459589B - 分配网络资源的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分配网络资源的方法和装置，属于通信技术领域。所述方法包括：根据网络的初始拓扑结构获取资源分配的当前解；获取当前解的邻域空间，从邻域空间中选择未被禁忌的最优解；判断未被禁忌的最优解是否优于当前解，如果未被禁忌的最优解优于当前解，以未被禁忌的最优解作为新的当前解；然后判断是否满足预设循环结束条件，如果是，按照新的当前解分配网络资源，否则，更新禁忌表，继续获取下一个解。所述装置包括未被禁忌最优解获取模块、判断与处理模块和资源分配与执行模块。本发明通过多次迭代，选择最优的解进行整个多层网络资源的分配，节省了用户业务对网络资源的占用。

Description

分配网络资源的方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种分配网络资源的方法和装置。

背景技术

混合光传送网是一种具有IP(Internet Protocol，网际协议)/WDM(Wavelength Division Mutiplexing，波分复用)和IP/SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列)/WDM两种网络结构的多层网络。多业务、多种交换机制、多种传输速率和信号格式的融合是混合光网络的演进趋势，在这种演进趋势下出现了分层网络结构，例如，图1将网络结构划分为光层、电子层和应用层；其中，光层是波分复用层，它由受网管控制的、具有重配置能力的光网络单元组成，用于支持电子层的业务传送；电子层位于光层之上，包括ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步转移模式)和SDH等传统形式或者未来可能格式的电传送信号；应用层位于电子层之上，包括局域网和光接入网等，用于进行数据、视频、音频或多媒体业务的传送。

从网络协议的角度来看，GMPLS(General Multi-Protocol Label Switching，通用多协议标签交换)技术通过定义不同层次的网络接口和LSP(Label Switched Path，标签交换路径)，实现了分组交换、TDM(Time Division Multiplexing，时分复用)交换、波长交换和光纤交换等多种交换。因为IP/ATM/SDH/WDM网络结构功能重叠比较多，管理和控制平面很复杂，不太适应网络管理的简约化需求，因此IP over WDM(IP在波分复用信道上传送)被视为混合光传送网的主流发展方向。而对于众多电信运营商，SDH仍是以语音为代表的TDM业务的支撑网络，实际的多层混合光传送网并非单纯的IP/WDM，还包括IP/SDH/WDM三层结构的混合光传送网。

现有技术中有几种多层混合光传送网的资源优化方法，分别如下：

1)RS(Random Selection，随机选择)方法

该方法根据业务请求矩阵随机分配网络资源，即从已知业务矩阵中随机地选取结点对，并为该结点对间的业务请求选路。

这种随机选取结点对的方法不具备稳定性，并且由于没有考虑不同业务的优先性，也不能实现网络的资源优化。

2)针对IP/WDM网络的ILP(Integer Linear Programming，整数线性规划)方法

该方法有两种实现方式，一个为MAF(Maximum Amount First，总业务量最大优先)方法，另一个为LCBRF(Least Cost to Bandwidth Ratio First，费用带宽比最小者优先)方法。

其中，MAF优先选择业务矩阵中请求带宽总量最大的结点对，然后为该结点对之间的业务请求逐个选路。MAF使网络优先接纳请求带宽总量最大的结点对之间的业务请求，从而达到网络流量的最大化。

LCBRF方式是从网络的单位带宽费用最优的角度决定结点对的选路次序，优先选择业务矩阵中费用带宽比最小的结点对，结点对(i，j)的费用带宽比CBR(i，j)为：

$\mathrm{CBR}(i,j)=\underset{t\∈\mathrm{\Λ}(i,j)}{\mathrm{\Σ}}C\left({\mathrm{Path}}_t\right)/\underset{t\∈\mathrm{\Λ}(i,j)}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{BR}}_t$

其中，Λ(i，j)表示结点对(i，j)之间被接纳的业务请求集合；

BR_t表示结点对(i，j)之间被接纳的业务请求t的请求带宽；

C(Path_t)表示结点对(i，j)之间被接纳的业务请求t的路径费用；

业务请求的路径费用反映了该请求对网络资源的消耗，费用带宽比则体现了业务请求的资源利用率，LCBRF正是从网络资源利用率最优的角度来决定结点对的选路次序。

MAF和LCBRF都是在给定业务矩阵的情况下，解决如何优先选择结点对，然后为这些结点对在IP/WDM网络中选路和分配资源，这两种方式是针对IP/WDM网络进行资源优化，只能实现局部最优，不能保证整个网络的资源优化。

3)针对IP/WDM网络的最小化网络资源的占用率的优化方法

该方法以最小化网络资源的占用率为目标，网络资源包括光纤链路中的波长、IP/MPLS层和WDM层之间的光收发器。

参见图2，该优化网络资源的方法包括以下步骤：

步骤101：在WDM层选择当前拥塞度最大的光纤链路a；

根据当前WDM层和IP/MPLS层的拓扑结构检查光纤链路上的业务流占用情况，选择业务流占用率最大的光纤链路a；光纤链路的拥塞度是该光纤链路上已占用的波长数和所有波长数的比值；

步骤102：在选择的光纤链路a中选择空闲带宽最大的一段路径p；

步骤103：在IP/MPLS层为路径p上的业务流重新选择其它不经过路径p的路径；

步骤104：判断路径p上的所有业务流是否均被重新选路，如果是，执行步骤105；否则，执行步骤106；

步骤105：将WDM层的路径p移除，释放路径p占用的波长，返回步骤101；

步骤106：判断WDM层的所有光纤链路是否已遍历，如果是，结束；否则，执行步骤107；

步骤107：选择下一条拥塞度最大的光纤链路a，然后执行步骤102。

该方法以减小WDM层的光纤链路拥塞程度为目标，重点考虑动态业务环境下网络资源的优化问题，只能得到局部最优解，不能得到全局最优解。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有的网络资源分配方法通常只针对IP/WDM网络进行优化，而不适用于IP/SDH/WDM网络，且只能达到局部优化，不能达到资源的全局优化。

发明内容

为了优化网络资源的分配，本发明实施例提供了一种分配网络资源的方法和装置。所述技术方案如下：

一种分配网络资源的方法，所述方法包括：

步骤A：根据网络的初始拓扑结构获取资源分配的初始解，以所述初始解作为当前解；获取所述当前解的邻域空间，根据每个未被禁忌的解计算整个网络资源的占用总量，选择网络资源总量占用最小者所对应的未被禁忌的解作为最优解；

步骤B：根据网络资源的占用总量判断x^best是否优于x^now来判断所述未被禁忌的最优解是否优于所述当前解，如果是，将引起所述当前解与所述未被禁忌的最优解不同的链路对应的结点对加入禁忌表，将所述未被禁忌的最优解作为新的当前解；否则，将所述当前解作为新的当前解；

步骤C：判断是否满足预设循环结束条件，如果是，按照所述新的当前解分配网络资源；否则，更新所述禁忌表，根据所述新的当前解获取下一个解；

所述步骤A中的获取所述当前解的邻域空间的步骤包括：

在所述当前解对应的SDH层和IP/MPLS层拓扑上，随机选择位于同一层且邻接的结点对；

拆除所述结点对之间的一条链路，释放所述链路占用的层间链路和下层链路的带宽资源；

对所述拆除的结点对之间的链路上的用户业务流按多层网络综合选路算法重新选择链路，根据选择的链路更新整个网络的拓扑，得到所述当前解的邻域空间中的第一个元素；

用生成所述第一个元素的方法生成所述当前解的邻域空间的其它元素，直至得到所述当前解的邻域空间。

本发明实施例还提供了一种分配网络资源的装置，所述装置包括：

未被禁忌最优解获取模块，用于根据网络的初始拓扑结构获取资源分配的初始解，以所述初始解作为当前解；获取所述当前解的邻域空间，根据每个未被禁忌的解计算整个网络资源的占用总量，选择网络资源总量占用最小者所对应的未被禁忌的解作为最优解；

判断与处理模块，用于根据网络资源的占用总量判断x^best是否优于x^now来判断所述未被禁忌最优解获取模块获取的未被禁忌的最优解是否优于所述当前解，如果是，将引起所述当前解与所述未被禁忌的最优解不同的链路对应的结点对加入禁忌表，将所述未被禁忌的最优解作为新的当前解；否则，将所述当前解作为新的当前解；

资源分配与执行模块，用于所述判断与处理模块处理结束后，判断是否满足预设循环结束条件，如果是，按照所述新的当前解分配网络资源；否则，更新所述禁忌表，通知所述未被禁忌最优解获取模块根据所述新的当前解获取下一个解；

所述未被禁忌最优解获取模块包括：

获取单元，用于根据网络的初始拓扑结构获取资源分配的初始解，以所述初始解作为当前解；

结点对选择单元，用于在所述获取单元获取的当前解对应的SDH层和IP/MPLS层拓扑上，随机选择位于同一层且邻接的结点对；

拆除单元，用于拆除所述结点对选择单元选择的结点对之间的一条链路，释放所述链路占用的层间链路和下层链路的带宽资源；

邻域空间获取单元，用于对所述拆除的结点对之间的链路上的用户业务流按多层网络综合选路算法重新选择链路，根据选择的链路更新整个网络的拓扑，得到所述当前解的邻域空间中的一个元素，通知所述结点对选择单元选择下一个结点对，直至得到所述当前解的邻域空间中的每个元素；

选择单元，用于从所述邻域空间获取单元得到的邻域空间中选择未被禁忌的最优解。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

通过从当前解的邻域空间中选择未被禁忌的最优解，比较未被禁忌的最优解是否优于当前解，根据比较的结果进行整个多层网络资源的分配，节省了用户业务对网络资源的总占用量。

附图说明

图1是现有技术提供的多层网络分层结构示意图；

图2是现有技术提供的优化网络资源的方法流程图；

图3是本发明实施例1提供的多层网络模型示意图；

图4是本发明实施例1提供的分配网络资源的方法流程图；

图5是本发明实施例1提供的NSF Network网络拓扑示意图；

图6是本发明实施例1提供的SDH层和IP/MPLS层的链路总容量随迭代次数的变化曲线示意图；

图7是本发明实施例1提供的IP/MPLS层的链路总容量随迭代次数的变化曲线示意图；

图8是本发明实施例1提供的SDH层的链路总容量随迭代次数的变化曲线示意图；

图9是本发明实施例1提供的WDH层所占用的波长数随迭代次数的变化曲线示意图；

图10是本发明实施例2提供的分配网络资源的装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例通过对多层网络中的业务进行全局选路和资源分配，使整个网络资源(包括层间和层内网络资源)占用总量最小，优化给定或预测的用户业务矩阵对网络资源的占用总量。

实施例1

本实施例提供了一种分配网络资源的方法，该方法是针对多层网络模型的、基于禁忌搜索的网络资源优化分配方法，在可接受的计算时间内，通过有限次的迭代，得到全局最优的整个网络资源分配方案。

参图3提供的融合IP/WDM和IP/SDH/WDM网络结构的多层网络模型示意图，该多层网络包括3个网络层次：第1层是WDM光纤网，O_i(i＝1，2，...，8)分别表示光网络结点；第2层是SDH构成的电路网，D_i(i＝1，2，...，6)分别表示SDH结点；第3层是IP/MPLS或ATM等源宿点间的传送路径固定的网络，R_i(i＝1，2，...，5)分别表示IP/MPLS路由器或ATM交换结点。

SDH层和IP/MPLS层拓扑中的边代表的是层内结点对之间的链路集合，链路集合中的不同链路在下层网络中具有不同的映射路径；例如，IP/MPLS层上结点对(R₁，R₅)之间的边代表两条IP/MPLS链路的集合，其中的链路1的映射路径为R₁→D₁→D₆→D₅→R₅，链路2的映射路径则为R₁→O₁→O₇→O₆ →O₅→R₅。

其中，WDM层具有和网络的物理拓扑结构相同的拓扑结构；SDH层由DXC(Digital Cross-connector，数字交叉连接器)互连形成，DXC汇聚TDM业务，并通过电路交换为这些业务建立连接；IP/MPLS层由IP/MPLS路由器互连形成。

IP/MPLS业务由IP/MPLS层的路由器结点对产生，并由IP/MPLS层链路承载；

TDM业务由SDH层的SDH结点对产生，并由SDH层链路承载；

WDM层的带宽颗粒度(即带宽的基本单位)是波长，它为SDH层和IP/MPLS层提供链路用以承载这两层的业务。

IP/MPLS层的业务既可通过WDM层传送(IP over WDM)，IP/MPLS层业务也通过SDH传送(IP over SDH)，即由SDH层以STM-N(Synchronous Transfer Mode-N，级别N的同步传送模块)为带宽颗粒度链路承载，因此IP/MPLS层结点对之间可能具有多种带宽颗粒度的链路。SDH层和IP/MPLS层拓扑中的边代表的是层内结点对之间的链路集，链路集中的不同链路在下层网络中有不同的映射路径。

除了各层的层内链路，本发明实施例将多层网络模型中连接位于不同层的结点的边定义为层间链路，不同层的层间链路有3种，分别是：1)IP/MPLS层和SDH层的层间链路，2)IP/MPLS层和WDM层的层间链路，3)SDH层和WDM层的层间链路。

上层网络在下述情况下，可通过在下层网络建立新链路的方式以提供带宽：

1)当IP/MPLS层需要新建一条链路，但该层上的带宽已用完或剩余带宽不满足要求时，优先选择IP/MPLS层和SDH层的层间链路，在SDH层为这条链路提供传输带宽；即这条链路的带宽提供路径在SDH层，需要通过IP/MPLS层和SDH层的层间接口链路、SDH层的一系列电路型链路，按SDH层的带宽颗粒度为IP/MPLS层新建这条链路；

2)当IP/MPLS层需要新建一条链路，但该层上的带宽已用完或剩余带宽不满足要求，且IP/MPLS层和SDH层的层间链路已用完，或SDH层带宽已用完或剩余带宽不满足要求时，选择IP/MPLS层和WDM层的层间链路，在WDM层为这条链路提供传输带宽；即该链路的带宽提供路径在WDM层，需要通过IP/MPLS层和WDM层的层间接口链路、WDM层的一系列光纤物理链路，按单个波长的容量为IP/MPLS层新建这条链路；

3)当SDH层需要新建一条链路，但该层上的带宽已用完或剩余带宽不满足要求，这条链路的带宽提供路径在WDM层时，需要通过SDH层和WDM层的层间接口链路、WDM层的一系列光纤物理链路，按单个波长的容量为SDH层新建这条链路。

参见图4，本实施提供的分配网络资源的方法包括以下步骤：

步骤201：设置3层网络的初始拓扑结构；

设置3层网络的每个层的结点数，WDM层的物理拓扑和每个波长容量，IP/MPLS层和SDH层的层间链路、IP/MPLS层和WDM层的层间链路、SDH层和WDM层的层间链路；

步骤202：分别依据SDH层和IP/MPLS层业务请求矩阵，根据当前的网络拓扑结构按RS、MAF和LCBRF三种方式产生初始解x₀，将x₀作为当前解x^now，并将禁忌表T设置为空；

其中，初始解x₀也可以通过RS、MAF和LCBRF三种方式中的一种产生，或者通过现有技术中的其它方式得到；

禁忌表T设置的初始设置可以为空，也可以根据需要设置特殊的结点对为禁忌对象，将这些特殊的结点对填加在禁忌表T中；

步骤203：按照预设的邻域生成规则获取x^now的邻域空间N(x^now)，从N(x^now)中选择未被禁忌的最优解x^best；

其中，N(x^now)中可能有多个未被禁忌的解，可根据每个未被禁忌的解计算整个网络资源的占用总量，选择网络资源总量占用最小者所对应的未被禁忌的解，该解即为x^best；

步骤204：根据网络资源的占用总量判断x^best是否优于x^now，如果是，执行步骤205；否则，执行步骤206；

步骤205：将引起x^now与x^best不同的链路对应的结点对加入禁忌表T，设其禁忌次数等于预设值，例如：L，并将T中其余结点对的禁忌次数减1，令x^now＝x^best，执行步骤207；

步骤206：将所有结点对的禁忌次数减1，执行步骤207；

步骤207：将T中禁忌次数等于0的结点对解禁忌；

步骤208：判断是否满足预设循环结束条件，如果是，执行步骤209；否则，返回步骤203；

步骤209：算法计算结束，按x^now分配整个网络资源。

步骤208中的“判断是否满足预设循环结束条件”可以具体为：“判断迭代次数是否大于或等于预设门限，如果是，满足预设循环结束条件；否则，不满足”。其中，迭代次数的初始值为0，根据迭代需要预设门限，例如：预设门限为150；

或者，“判断是否满足预设循环结束条件”也可以具体为“判断当前解是否满足最优解的条件”，即当前解与上一次的解对应的网络资源占用量的差值是否在指定范围内，如果是，满足最优解的条件，否则，不满足最优解的条件。

以当前解为x^now，其邻域空间为N(x^now)，为一个集合，集合中的每个元素的获取过程如下：

1)在由x^now生成的SDH层和IP/MPLS层拓扑上，随机选择位于同一层且邻接的结点对(i，j)；

2)拆除结点对(i，j)之间的一条链路，释放该链路占用的层间链路和下层链路的带宽资源。如果结点对(i，j)之间有多条链路，按以下规则选择被拆除的链路：

(a)如果结点对(i，j)在SDH层，选择空闲带宽最大的链路拆除；

(b)如果结点对(i，j)在IP/MPLS层，选择容量最小的链路拆除；

3)如果在2)中被拆除的链路位于SDH层，而IP/MPLS层的某些链路在形成过程中占用了SDH层上这条被拆链路的带宽，则也应拆除IP/MPLS层的这些链路；

4)对被拆除链路上的用户业务流按多层网络综合选路算法IRAMN重新选路，选路完成后更新整个3层网络的拓扑，得到x^now对应的邻域空间中的一个元素；

5)计算SDH层和IP/MPLS层上所有层内链路的总容量与层间链路的总容量；

重复执行上述1)-5)，可以实现步骤203中的按照预设的邻域生成规则获取当前解的邻域空间，并得到邻域空间每个元素对应的链路占用总量。从这些元素中选择未被禁忌的元素，根据未被禁忌的元素对应的链路占用总量就可以确定哪个元素为该邻域空间的最优解。

其中，多层网络综合选路算法IRAMN为现有技术，这里不再赘述。

另外，上述方法在解的每一次邻域移动过程中，将SDH层和IP/MPLS层上所有链路总容量为最小值所对应的这两层拓扑作为SDH层和IP/MPLS层当前最新的拓扑，而将产生这种最新拓扑的各业务流的路径和带宽分配作为最优解。

禁忌表T中的禁忌对象的定义如下：

如果最优解x^best所对应的拓扑是通过拆除上一个解所产生的SDH层或IP/MPLS层拓扑上某一结点对(m，n)之间的链路，并对被拆除链路上的业务流重选路而生成的，则将结点对(m，n)列为禁忌对象，在以后的解的禁忌次数L次移动内(每新生成一个最优解x^best，该禁忌对象的禁忌次数减1，直到禁忌次数减少到0为止)，结点对(m，n)之间的链路被禁止拆除。

设在SDH层请求带宽颗粒度为y的业务请求矩阵为

在IP/MPLS层请求带宽颗粒度为y的业务请求矩阵为

根据

和

上述步骤204中的网络资源的占用量可以通过公式(1)计算得到：

$\mathrm{Min}:f\left(x\right)=\underset{i,j}{\mathrm{\Σ}}(C\×V_{\mathrm{ij}}^{W-I})+\underset{i,j,y}{\mathrm{\Σ}}(y\×V_{\mathrm{ij},y}^{S-I})+\underset{u,v}{\mathrm{\Σ}}(C\×V_{\mathrm{uv}}^{W-S})---\left(1\right)$

其中，

表示WDM层为IP/MPLS层提供的链路总容量；

表示SDH层为IP/MPLS层提供的链路总容量；

表示WDM层为SDH层提供的链路总容量。

上述公式中的相关参数和变量定义如下：

x：整个网络资源占用与分配的一个当前解；

C：WDM层光纤链路中单个波长的容量；

y：业务流请求带宽颗粒度；

在IP/MPLS层拓扑上，由WDM层映射到IP/MPLS层的结点i到结点j的链路数，每个链路的带宽是单个波长的带宽；

在IP/MPLS层拓扑上，由SDH层映射到IP/MPLS层的结点i到结点j的链路数，每个链路的带宽是y；

在SDH层拓扑上，由WDM层映射到SDH层的结点u到结点v的链路数，每个链路的带宽是单个波长的带宽。

本实施例提供的分配网络资源的方法也可以称作SGRRP-MN(Scheme of Global Routing and Resource Provision for Multilayer Networks，多层网络的全局选路和资源提供方案)。

在SGRRP-MN算法中，具体的业务请求和所用的选路算法共同决定SDH层和IP/MPLS层的层内链路的生成，SDH层和IP/MPLS层的拓扑实际上是虚拓扑，虚拓扑中的边所包含的链路可以根据需要建立或拆除，本实施例提出的SGRRP-MN正是在WDM层物理拓扑上，运行基于针对该模型的改进禁忌搜索算法，在SDH层和IP/MPLS层上建立虚拓扑，以达到整个网络资源占用总量最少的目标。

参见图5提供的NSF Network网络拓扑图，其中，所有结点都具有图3所示的第1层WDM光纤网中的结点的功能，除结点5和结点8的其余结点具有图3所示的第2层SDH层中的传输设备结点的功能，除结点5、8、6和9的其余结点具有图3所示的第3层的IP/MPLS层中的路由器或ATM交换结点的功能；即在该3层网络中，WDM层有14个结点，SDH层有12个结点，IP/MPLS层有10个结点。

通过本实施例提供的SGRRP-MN对图5提供的NSF Network网络拓扑进行仿真：

所做仿真主要考察进行SDH层和IP/MPLS层拓扑优化重构后，网络资源(WDM层的波长、各层的层间接口链路)的占用情况；为保证SDH层和IP/MPLS层拓扑重构过程中不会有用户业务流损失，仿真中将NSF Network设定为一个无阻塞网络，其中WDM层光纤链路的容量为40波长，每波长的容量为STM-16，32个波长提供给IP/MPLS层，8个波长提供给SDH层。

IP/MPLS层和WDM层的每条层间链路容量为32个STM-16，IP/MPLS层和SDH层的每条层间链路容量为8个STM-16，SDH层和WDM层的每条层间链路容量为16个STM-16。由于SDH的速率等级间存在如下关系：

STM-16＝4*STM-4                                (2)

STM-4＝4*STM-1                                 (3)

STM-1＝3*STM-0                                 (4)

一个高速的SDH链路，可作为多个低速率等级的链路使用。以STM-16链路为例，其分解为多个低速率等级的链路的关系式如式(5)：

V_STM-16＝i*V_STM-4+j*V_STM-1+k*V_STM-0                        (5)

式(5)中的i，j，k为整数，且满足0≤i≤4，0≤j≤16和0≤k≤48，还满足式(2)、式(3)和式(4)的限定条件。

仿真试验中产生基于STM-0、STM-1和STM-4等3种带宽颗粒度的业务请求，3种带宽颗粒度业务请求的分布相互独立，其产生方式为：

对于SDH层的任一结点对(u，v)，STM-0、STM-1和STM-4等3种业务请求的个数在[0，12]、[0，4]、[0，2]之间的整数范围内服从均匀分布，该层的用户业务是TDM电路；

对于IP/MPLS层的任一结点对(i，j)，STM-0、STM-1和STM-4等3种业务请求的个数在[0，16]、[0，8]、[0，2]之间的整数范围内服从均匀分布，该层的用户业务是经过该层网络结点汇聚过的IP/MPLS分组或ATM信元流；

上述条件给定后，运行本实施例提供的SGRRP-MN，所得结果如下：

仿真实验中共产生2276个IP/MPLS层和SDH层业务请求，请求带宽总量相当于4942个STM-0，各种颗粒度业务请求在IP/MPLS层和SDH层的分配见表1。在图6、图7、图8和图9中，SGRRP-MN(1)、SGRRP-MN(2)和SGRRP-MN(3)分别表示采用RS、MAF和LCBRF等3种不同初始解时，得到的网络资源占用量。

表1

参见图6，图6是本实施例所做仿真中，SGRRP-MN采用3种不同初始解时，SDH层和IP/MPLS层这两层拓扑上链路总容量随迭代次数的变化曲线。具体仿真过程如下：

首先，使用RS、MAF和LCBRF等3种启发式算法得到不同的初始解(即迭代次数为0)；

然后，运行本实施例提供的SGRRP-MN；

随迭代次数的增大，SDH层和IP/MPLS层这两层拓扑上链路总容量呈快速下降；

当迭代次数大于175时，SGRRP-MN(1)、SGRRP-MN(2)和SGRRP-MN(3)这3种性能曲线不再变化，最终的SDH层和IP/MPLS层链路总容量比初始解分别下降26％、24％和25％。

参见图7，图7是本发明所做仿真中，SGRRP-MN采用3种不同初始解时，IP/MPLS层链路总容量随迭代次数的变化曲线。该仿真在迭代次数大于175时，SGRRP-MN(1)、SGRRP-MN(2)和SGRRP-MN(3)这3种性能曲线不再变化，最终的IP/MPLS层链路总容量比初始解分别下降17％、24％和28％。

参见图8，图8是本发明所做仿真中，SGRRP-MN采用3种不同初始解时，SDH层链路总容量随迭代次数的变化曲线。当迭代次数大于175时，SGRRP-MN(1)、SGRRP-MN(2)和SGRRP-MN(3)这3种性能曲线不再变化，最终的SDH层链路总容量比初始解分别下降32％、23％和23％。

参见图9，图9是本发明所做仿真中，SGRRP-MN采用3种不同初始解时，WDM层所占用波长数随迭代次数的变化曲线。当迭代次数大于175时，SGRRP-MN(1)、SGRRP-MN(2)和SGRRP-MN(3)这3种性能曲线不再变化，最终的WDM层占用波长总数比初始解分别下降24％、19％和16％。

参见图6、7、8和9，SGRRP-MN(1)、SGRRP-MN(2)和SGRRP-MN(3)这3种性能曲线的初始值和收敛值的具体数字比较见表2，单位是STM-0。

表2

从图6、7、8和9及表2可以看出，随着迭代次数的增加，SGRRP-MN明显优化了WDM层、SDH层和IP/MPLS层的层内链路总容量、IP/MPLS层和SDH层之间链路总容量。SGRRP-MN保证当前最优解并不劣于上一次迭代所产生的最优解，这是因为当SDH层或IP/MPLS层上某条链路被拆除而需要对该链路承载的业务流重选路时，利用IRAMN算法进行重选路最多有如下两种情况：

(1)在被拆除链路所在的拓扑上，所有重新选路的业务流利用其它链路完成重新选路，这种情况下当前最优解优于上一次迭代产生的最优解；

(2)当某些业务流无法重新选路时，可以恢复被拆除的链路来完成这些业务流的选路，此时的当前最优解和上一次迭代所产生的最优解完全一致。SGRRP-MN的这种特性使得迭代过程中的最优解不会“震荡”，总是向好的方向演变，从而保证了算法的稳定性，图6、7、8和9中所有性能指标随迭代次数的变化趋势验证了SGRRP-MN的这一特性。

参见图6、7、8和9，表3给出了SGRRP-MN(1)、SGRRP-MN(2)和SGRRP-MN(3)的迭代步数和收敛时间，可以看出其收敛时间小于5000s，SGRRP-MN的运算时间对于静态用户业务配置是可接受的。仿真所用计算机的配置为2.8-GHz Pentium Ⅳ处理器和2Gb内存。

表3

本实施例提出的方法采用改进的现代优化禁忌搜索算法，从当前解的邻域空间中选择未被禁忌的最优解，比较未被禁忌的最优解是否优于当前解，根据比较的结果进行整个多层网络资源的分配，节省了用户业务对网络资源的占用，通过仿真比较，节省的网络资源占用通常为20％以上，进一步地，通过有限次的迭代，得到全局最优解。

实施例2

参见图10，本实施例提供了一种分配网络资源的装置，包括：

未被禁忌最优解获取模块，用于根据网络的初始拓扑结构获取资源分配的初始解，以初始解作为当前解；获取当前解的邻域空间，从邻域空间中选择未被禁忌的最优解；

例如，设置3层网络的每个层的结点数，WDM层的物理拓扑和每个波长容量，IP/MPLS层和SDH层的层间链路、IP/MPLS层和WDM层的层间链路、SDH层和WDM层的层间链路；依据SDH层业务请求矩阵、IP/MPLS层业务请求矩阵，结合初始网络拓扑结构，按RS、MAF和LCBRF三种方式产生初始解，将其作为当前解，并将禁忌表设置为空；

判断与处理模块，用于判断未被禁忌最优解获取模块获取的未被禁忌的最优解是否优于当前解，如果是，将引起当前解与未被禁忌的最优解不同的链路对应的结点对加入禁忌表，将未被禁忌的最优解作为新的当前解；否则，将当前解作为新的当前解；

资源分配与执行模块，用于判断与处理模块处理结束后，判断是否满足预设循环结束条件，如果是，按照新的当前解分配网络资源；否则，更新禁忌表，通知未被禁忌最优解获取模块根据新的当前解获取下一个解。

其中，未被禁忌最优解获取模块包括：

获取单元，用于根据网络的初始拓扑结构获取资源分配的初始解，以初始解作为当前解；

结点对选择单元，用于在获取单元获取的当前解对应的SDH层和IP/MPLS层拓扑上，随机选择位于同一层且邻接的结点对；

拆除单元，用于拆除结点对选择单元选择的结点对之间的一条链路，释放链路占用的层间链路和下层链路的带宽资源；

邻域空间获取单元，用于对链路上的用户业务流按多层网络综合选路算法重新选择链路，根据选择的链路更新整个网络的拓扑，得到当前解的邻域空间中的一个元素，通知结点对选择单元选择下一个结点对，直至得到当前解的邻域空间中的每个元素；

选择单元，用于从邻域空间获取单元得到的邻域空间中选择未被禁忌的最优解。

进一步地，资源分配与执行模块具体为：

第一资源分配与执行单元，用于当判断与处理模块处理结束后，将迭代次数加1，判断加1后的迭代次数是否大于或等于预设门限，如果是，按照新的当前解分配网络资源，否则，更新禁忌表，通知未被禁忌最优解获取模块根据新的当前解获取下一个解；

或者，

第二资源分配与执行单元，用于当判断与处理模块处理结束后，判断当前解是否满足最优解的条件，如果是，按照新的当前解分配网络资源，否则，更新禁忌表，通知未被禁忌最优解获取模块根据新的当前解获取下一个解。

以上实施例通过从当前解的邻域空间中选择未被禁忌的最优解，比较未被禁忌的最优解是否优于当前解，根据比较的结果进行整个多层网络资源的分配，节省了用户业务对网络资源的占用，进一步地，通过有限次的迭代，得到全局最优解。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种分配网络资源的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤A：根据网络的初始拓扑结构获取资源分配的初始解，以所述初始解作为当前解，获取所述当前解的邻域空间，根据每个未被禁忌的解计算整个网络资源的占用总量，选择网络资源总量占用最小者所对应的未被禁忌的解作为最优解；

步骤B：根据网络资源的占用总量判断所述未被禁忌的最优解是否优于所述当前解，如果是，将引起所述当前解与所述未被禁忌的最优解不同的链路对应的结点对加入禁忌表，将所述未被禁忌的最优解作为新的当前解；否则，将所述当前解作为新的当前解；

步骤C：判断是否满足预设循环结束条件，如果是，按照所述新的当前解分配网络资源；否则，更新所述禁忌表，根据所述新的当前解获取下一个解；

所述步骤A中的获取所述当前解的邻域空间的步骤包括：

在所述当前解对应的SDH层和IP/MPLS层拓扑上，随机选择位于同一层且邻接的结点对；

拆除所述结点对之间的一条链路，释放所述链路占用的层间链路和下层链路的带宽资源；

对所述拆除的结点对之间的链路上的用户业务流按多层网络综合选路算法重新选择链路，根据选择的链路更新整个网络的拓扑，得到所述当前解的邻域空间中的第一个元素；

用生成所述第一个元素的方法生成所述当前解的邻域空间的其它元素，直至得到所述当前解的邻域空间。

2.如权利要求1所述的分配网络资源的方法，其特征在于，当所述结点对在SDH层，且所述结点对之间存在多条链路时，所述拆除所述结点对之间的一条链路的步骤包括：

选择所述结点对之间空闲带宽最大的链路，拆除所选择的链路。

3.如权利要求1所述的分配网络资源的方法，其特征在于，当所述结点对在IP/MPLS层，且所述结点对之间存在多条链路时，所述拆除所述结点对之间的一条链路的步骤包括：

选择所述结点对之间容量最小的链路，拆除所选择的链路。

4.如权利要求1所述的分配网络资源的方法，其特征在于，所述步骤B中的判断所述未被禁忌的最优解是否优于所述当前解的步骤包括：

计算所述当前解对应的用户业务对网络资源的第一占用量，计算所述未被禁忌的解对应的所述用户业务对网络资源的第二占用量，比较所述第一占用量是否大于所述第二占用量，如果是，所述未被禁忌的最优解优于所述当前解，否则，所述未被禁忌的最优解不优于所述当前解。

5.如权利要求4所述的分配网络资源的方法，其特征在于，所述第一占用量和所述第二占用量采用的计算公式为

其中，x：整个网络资源占用与分配的当前解；

表示WDM层为IP/MPLS层提供的链路总容量；

表示SDH层为IP/MPLS层提供的链路总容量；

表示WDM层为SDH层提供的链路总容量；

其中，C：WDM层光纤链路中单个波长的容量；

y：业务流请求带宽颗粒度；

在IP/MPLS层拓扑上，由WDM层映射到IP/MPLS层的结点i到结点j的链路数，每个链路的带宽是单个波长的带宽；

在IP/MPLS层拓扑上，由SDH层映射到IP/MPLS层的结点i到结点j的链路数，每个链路的带宽是y；

在SDH层拓扑上，由WDM层映射到SDH层的结点u到结点v的链路数，每个链路的带宽是单个波长的带宽。

6.如权利要求1至4中任一权利要求所述的分配网络资源的方法，其特征在于，所述步骤C中的更新所述禁忌表的步骤包括：

将禁忌表中的结点对的禁忌次数减1，对禁忌次数为0的结点对解禁忌。

7.如权利要求1至4中任一权利要求所述的分配网络资源的方法，其特征在于，所述步骤C中的判断是否满足预设循环结束条件的步骤具体为：

将迭代次数加1，判断加1后的迭代次数是否大于或等于预设门限，如果是，满足预设循环结束条件；否则，不满足预设循环结束条件；

或，判断所述当前解是否满足最优解的条件，如果是，满足预设循环结束条件；否则，不满足预设循环结束条件。

8.一种分配网络资源的装置，其特征在于，所述装置包括：

未被禁忌最优解获取模块，用于根据网络的初始拓扑结构获取资源分配的初始解，以所述初始解作为当前解；获取所述当前解的邻域空间，根据每个未被禁忌的解计算整个网络资源的占用总量，选择网络资源总量占用最小者所对应的未被禁忌的解作为最优解；

判断与处理模块，用于根据网络资源的占用总量判断所述未被禁忌最优解获取模块获取的未被禁忌的最优解是否优于所述当前解，如果是，将引起所述当前解与所述未被禁忌的最优解不同的链路对应的结点对加入禁忌表，将所述未被禁忌的最优解作为新的当前解；否则，将所述当前解作为新的当前解；

资源分配与执行模块，用于所述判断与处理模块处理结束后，判断是否满足预设循环结束条件，如果是，按照所述新的当前解分配网络资源；否则，更新所述禁忌表，通知所述未被禁忌最优解获取模块根据所述新的当前解获取下一个解；

所述未被禁忌最优解获取模块包括：

获取单元，用于根据网络的初始拓扑结构获取资源分配的初始解，以所述初始解作为当前解；

结点对选择单元，用于在所述获取单元获取的当前解对应的SDH层和IP/MPLS层拓扑上，随机选择位于同一层且邻接的结点对；

拆除单元，用于拆除所述结点对选择单元选择的结点对之间的一条链路，释放所述链路占用的层间链路和下层链路的带宽资源；

邻域空间获取单元，用于对所述拆除的结点对之间的链路上的用户业务流按多层网络综合选路算法重新选择链路，根据选择的链路更新整个网络的拓扑，得到所述当前解的邻域空间中的一个元素，通知所述结点对选择单元选择下一个结点对，直至得到所述当前解的邻域空间中的每个元素；

选择单元，用于从所述邻域空间获取单元得到的邻域空间中选择未被禁忌的最优解。

9.如权利要求8所述的分配网络资源的装置，其特征在于，所述资源分配与执行模块具体为：

第一资源分配与执行单元，用于当所述判断与处理模块处理结束后，将迭代次数加1，判断加1后的迭代次数是否大于或等于预设门限，如果是，按照所述新的当前解分配网络资源，否则，更新所述禁忌表，通知所述未被禁忌最优解获取模块根据所述新的当前解获取下一个解；

或者，

第二资源分配与执行单元，用于当所述判断与处理模块处理结束后，判断所述当前解是否满足最优解的条件，如果是，按照所述新的当前解分配网络资源，否则，更新所述禁忌表，通知所述未被禁忌最优解获取模块根据所述新的当前解获取下一个解。

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